आयाम अधिमिश्रण

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चित्र 1: एएम या एफएम विधियों का उपयोग करके वाहक संकेत द्वारा ऑडियो संकेत (शीर्ष) ले जाया जा सकता है।

आयाम मॉडुलन (एएम) इलेक्ट्रॉनिक संचार में उपयोग की जाने वाली एक ऐसी मॉडुलन तकनीक है, जो सामान्यतः रेडियो तरंग के साथ संदेशों को प्रसारित करने के लिए उपयोग की जाती है। आयाम मॉडुलन में, तरंग का आयाम (संकेत सामर्थ्य) संदेश संकेत के अनुपात में भिन्न होता है, जैसे कि श्रव्य संकेत। यह तकनीक कोण मॉडुलन के विपरीत है, जिसमें या तो वाहक तरंग की आवृत्ति भिन्न होती है, जैसे कि आवृत्ति मॉडुलन (एम्प्लिट्यूड मॉड्यूलेशन), या इसके कला (तरंगें), जैसा कि कला मॉडुलन में होता है।

इस प्रकार से एएम रेडियो प्रसारण में ऑडियो प्रसारित करने के लिए उपयोग की जाने वाली सबसे प्रारंभिक मॉडुलन विधि थी। इसे 1900 में रॉबर्टो लैंडेल डी मौरा और रेजिनाल्ड फेसेंडेन के रेडियो-टेलीफोन प्रयोगों से प्रारंभ होने वाली 20 वीं शताब्दी की प्रथम तिमाही के समय विकसित किया गया था। एएम के इस मूल रूप को कभी-कभी द्वैत-साइडबैंड आयाम मॉडुलन (डीएसबीएएम) कहा जाता है, क्योंकि मानक विधि वाहक आवृत्ति के दोनों ओर साइडबैंड बनाती है। एकल-साइडबैंड मॉडुलन साइडबैंड और संभवतः वाहक संकेत को समाप्त करने के लिए बैंडपास फिल्टर का उपयोग करता है, जो कुल संचार सामर्थ्य के लिए संदेश सामर्थ्य के अनुपात में सुधार करता है, लाइन रिपीटर्स के सामर्थ्य हैंडलिंग आवश्यकताओं को कम करता है, और संचार माध्यम के ठीक बैंडविस्तार उपयोग की अनुमति देता है।

इस प्रकार से एएम प्रसारण के अतिरिक्त संचार के कई रूपों में एएम का उपयोग होता है: जैसे कि लघु तरंग रेडियो, अव्यावसायिक रेडियो, दो-पक्षीय रेडियो, एयरबैंड, नागरिक बैंड रेडियो, और क्यूएएम के रूप में कंप्यूटर मोडम में आदि।

आधार

इलेक्ट्रानिक्स, दूरसंचार और यांत्रिकी में, मॉडुलन का अर्थ है निरंतर तरंग वाहक संकेत के कुछ गुण को सूचना-वहन मॉडुलन तरंग के साथ बदलना, जैसे ऑडियो संकेत जो ध्वनि का प्रतिनिधित्व करता है, या वीडियो संकेत जो प्रतिचित्रों का प्रतिनिधित्व करता है। इस अर्थ में, वाहक तरंग, जिसमें संदेश संकेत की तुलना में बहुत अधिक आवृत्ति होती है, सूचना को वहन करती है। रिसीविंग स्टेशन पर, विमॉडुलन द्वारा संग्राहक वाहक से संदेश संकेत निकाला जाता है।

इस प्रकार से आयाम मॉडुलन में, रेडियो आवृत्ति दोलनों का आयाम या सामर्थ्य भिन्न होता है। उदाहरण के लिए, एएम रेडियो संचार में, सतत तरंग रेडियो-आवृत्ति संकेत का आयाम संचरण से पहले ऑडियो तरंग द्वारा संशोधित होता है। ऑडियो तरंग रेडियो तरंग के आयाम को संशोधित करती है और तरंग के अन्वालोप (तरंगों) को निर्धारित करती है। आवृत्ति डोमेन में, आयाम मॉडुलन वाहक आवृत्ति और दो आसन्न साइडबैंड पर केंद्रित सामर्थ्य के साथ संकेत उत्पन्न करता है। प्रत्येक साइडबैंड मॉड्यूलेटिंग संकेत के बैंडविस्तार (संकेत प्रोसेसिंग) के बराबर है, और दूसरे की दर्पण प्रतिचित्र है। इस प्रकार मानक एएम को कभी-कभी द्वैत-साइडबैंड आयाम मॉडुलन (डीएसबीएएम) कहा जाता है।

सभी आयाम मॉडुलन तकनीकों की हानि, न मात्र मानक एएम, यह है कि रिसीवर संकेत के समान अनुपात में रव (रेडियो) और विद्युत चुम्बकीय अन्तःक्षेप को बढ़ाता है और उसको ज्ञात करता लगाता है। प्राप्त संकेत-से-रव अनुपात में वृद्धि, मान लीजिए, 10 के कारक (10 डेसिबल सुधार) द्वारा, इस प्रकार संचारण सामर्थ्य को 10 के कारक से बढ़ाने की आवश्यकता होगी। यह आवृत्ति मॉडुलन (एफएम) और डिजिटल रेडियो के विपरीत है जहां विमॉडुलन के बाद इस प्रकार के रव का प्रभाव बहुत कम हो जाता है, जब तक कि प्राप्त संकेत रिसेप्शन के लिए देहली से अत्यधिक ऊपर हो। इस प्रकार से इस कारण से एएम प्रसारण संगीत और उच्‍च तद्‍रूपता प्रसारण के लिए अनुकूल नहीं है, किन्तु ध्वनि संचार और प्रसारण (खेल, समाचार, टॉक रेडियो आदि) के लिए अनुकूल है।

एएम विद्युत के उपयोग में भी अक्षम है; कम से कम दो-तिहाई सामर्थ्य वाहक संकेत में केंद्रित है। वाहक संकेत में प्रेषित की जा रही मूल सूचना (ध्वनि, वीडियो, डेटा, आदि) में से कोई भी नहीं है। यद्यपि इसकी उपस्थिति अन्वालोप संसूचक का उपयोग करके विमॉडुलन का सरल साधन प्रदान करती है, साइडबैंड से मॉडुलन निकालने के लिए आवृत्ति और कला संदर्भ प्रदान करती है। एएम पर आधारित कुछ मॉडुलन पद्धति में, वाहक घटक के आंशिक या कुल उन्मूलन के माध्यम से कम संचारण सामर्थ्य की आवश्यकता होती है, यद्यपि इन संकेतों के लिए रिसीवर अधिक जटिल होते हैं क्योंकि विमॉडुलन प्रक्रिया में उपयोग करने के लिए बहुत कम पायलट वाहक (कम-वाहक संचरण या डीएसबी-आरसी में) से यथार्थ वाहक आवृत्ति संदर्भ संकेत (सामान्यतः मध्यवर्ती आवृत्ति में स्थानांतरित किया जाता है) प्रदान करना होगा। यहां तक ​​​​कि द्वैत-साइडबैंड निरुद्‍ध-वाहक संचार में वाहक को पूर्ण रूप से समाप्त कर दिया गया है, कोस्टास लूप का उपयोग करके वाहक पुनर्जनन संभव है। यह एकल-साइडबैंड निरुद्‍ध-वाहक संचार (एसएसबी-एससी) के लिए कार्य नहीं करता है, जिससे थोड़े अलग होने पर ऐसे रिसीवर्स से विशिष्ट डोनाल्ड डक जैसी ध्वनि निकलती है। एकल-साइडबैंड एएम फिर भी अव्यावसायिक रेडियो और अन्य ध्वनि संचार में व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है क्योंकि इसमें सामर्थ्य और बैंडविस्तार दक्षता होती है (मानक एएम की तुलना में आरएफ बैंडविस्तार को आधे में काटना)। दूसरी ओर, मध्यम तरंग और लघु तरंग प्रसारण में, पूर्ण वाहक के साथ मानक एएम अल्पमानित रिसीवर का उपयोग करके रिसेप्शन की अनुमति देता है। इस प्रकार से संभावित दर्शकों को बढ़ाने के लिए ब्रॉडकास्टर अतिरिक्त विद्युत लागत को अवशोषित करता है।

आयाम संदर्भ

मानक एएम में वाहक द्वारा प्रदान किया गया अतिरिक्त कार्य, परन्तु जो एकल या द्वैत-साइडबैंड निरुद्‍ध-वाहक संचार में समाप्त हो जाता है, वह यह है कि यह आयाम संदर्भ प्रदान करता है। रिसीवर में, स्वचालित लाभ नियंत्रण (एजीसी) वाहक को प्रतिक्रिया देता है ताकि पुनरुत्पादित ऑडियो स्तर मूल मॉडुलन के एक निश्चित अनुपात में बना रहे। दूसरी ओर, निरुद्‍ध-वाहक प्रसारण के साथ मॉडुलन में ठहराव के समय कोई संचरित सामर्थ्य नहीं होती है, इसलिए एजीसी को मॉडुलन में चोटियों के समय संचरित सामर्थ्य की चोटियों का उत्तर देना चाहिए। इस प्रकार से इसमें सामान्यतः तथाकथित तीव्र आक्षेप, मंद क्षय परिपथ सम्मिलित होता है जो प्रोग्राम में सिलेबल्स या शॉर्ट पॉज़ के बीच ऐसी चोटियों के बाद सेकंड या अधिक के लिए एजीसी स्तर रखता है। यह संचार रेडियो के लिए बहुत स्वीकार्य है, जहां ऑडियो की गतिशील श्रेणी संपीड़न सुगमता में सहायता करती है। यद्यपि यह संगीत या सामान्य प्रसारण प्रोग्रामिंग के लिए निश्चित ही अवांछित है, जहां मूल प्रोग्राम के विश्वसनीय पुनरुत्पादन की अपेक्षा है, जिसमें इसके अलग-अलग मॉडुलन स्तर सम्मिलित हैं।

एनालॉग टेलीफोनी

इस प्रकार से आयाम मॉडुलन का सरल रूप सामान्य बैटरी स्थानीय लूप का उपयोग करके पारंपरिक एनालॉग टेलीफोन समूह से भाषण संकेतों का संचरण है। केंद्रीय कार्यालय बैटरी द्वारा प्रदान किया गया प्रत्यक्ष प्रवाह 0 हर्ट्ज की आवृत्ति वाला वाहक है, जिसे स्पीकर के मुख से ध्वनिक संकेत के अनुसार टेलीफोन समूह में माइक्रोफोन (संचारण) द्वारा संशोधित किया जाता है। परिणाम अलग आयाम प्रत्यक्ष धारा है, जिसका एसी-घटक केंद्रीय कार्यालय में दूसरे ग्राहक को प्रसारण के लिए निकाला गया भाषण संकेत है।

शिफ्ट कुंजीयन

डिजिटल आयाम मॉडुलन का सरल रूप जिसका उपयोग डिजिटल डेटा संचारित करने के लिए किया जा सकता है, ऑन-ऑफ कुंजीयन है, आयाम-शिफ्ट कुंजीयन का सबसे सरल रूप है, जिसमें बाइनरी अंक प्रणाली को वाहक की उपस्थिति या अनुपस्थिति द्वारा दर्शाया जाता है। ऑन-ऑफ कुंजीयन का उपयोग रेडियो अव्यावसायिक द्वारा मोर्स कोड को प्रसारित करने के लिए भी किया जाता है, जहां इसे निरंतर तरंग (सीडब्ल्यू) संचालन के रूप में जाना जाता है, यद्यपि संचार दृढ़ता से निरंतर नहीं है। उपलब्ध बैंडविस्तार का अधिक कुशल उपयोग करते हुए, एएम का अधिक जटिल रूप, क्यूएएम अब सामान्यतः डिजिटल डेटा के साथ उपयोग किया जाता है।

आईटीयू पदनाम

इस प्रकार से 1982 में, अंतर्राष्ट्रीय दूरसंचार संघ (आईटीयू) ने आयाम मॉडुलन के प्रकारों को निर्दिष्ट किया:

पदनाम	विवरण
A3E	द्वैत-साइडबैंड एक पूर्ण-वाहक- मूल आयाम मॉड्यूलेशन योजना
R3E	एकल-साइडबैंड समानीत-वाहक
H3E	एकल-साइडबैंड पूर्ण वाहक
J3E	एकल-साइडबैंड निरुद्‍ध-वाहक
B8E	स्वतंत्र-साइडबैंड उत्सर्जन
C3F	अवशेषी-साइडबैंड
Lincompex	श्रृंखलित संपीडक और विस्तारक (उपरोक्त आईटीयू उत्सर्जन मोड में से किसी का एक उपमोड)

इतिहास

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क्रूड पूर्व-निर्वात नलिका एएम संचारणों में से एक है, जो 1906 से टेलीफंकन चाप परिवर्तक वाहक तरंग ट्यूनेड परिपथ से जुड़े ऊर्ध्वाधर नलिकाओं में 6 इलेक्ट्रिक आर्क द्वारा उत्पन्न होती है। ऐन्टेना लेड में बड़े कार्बन माइक्रोफोन (शंकु आकार) द्वारा मॉडुलन किया जाता है।

File:Meissner radiotelephone transmitter.jpg

प्रथम निर्वात - नलिका एएम रेडियो संचारण में से एक है, जिसे 1913 में मिसनर द्वारा रॉबर्ट वॉन लिबेन द्वारा प्रारंभिक ट्रायोड नलिका के साथ बनाया गया था। उन्होंने बर्लिन से नौएन, जर्मनी तक 36 किमी (24 मील) के ऐतिहासिक ध्वनि प्रसारण में इसका उपयोग किया। उपरोक्त संचारण के साथ इसके छोटे आकार की तुलना करें।

यद्यपि 1800 के दशक के अंत में बहुसंकेतन टेलीग्राफ और टेलीफोन संचार के प्रयोगों में एएम का उपयोग किया गया था, आयाम मॉडुलन का व्यावहारिक विकास 1900 और 1920 के बीच रेडियोटेलीफोन संचार के विकास का पर्याय है, अर्थात रेडियो तरंगों द्वारा ध्वनि (ऑडियो) भेजने का प्रयास आदि। प्रथम रेडियो संचारण, जिसे स्पार्क गैप संचारण कहा जाता है, बेतार टेलीग्राफी द्वारा सूचना प्रसारित करता है, मोर्स कोड में टेक्स्ट संदेशों को स्पेल करने के लिए वाहक तरंग की विभिन्न लंबाई स्पंदों का उपयोग करता है। इस प्रकार से वे ऑडियो प्रसारित नहीं कर सके क्योंकि वाहक में नम तरंगों के तार, रेडियो तरंगों के स्पंदन सम्मिलित थे जो शून्य से कम हो गए थे, जो रिसीवर में गूँज के जैसे लग रहा था। वस्तुतः वे पहले से ही आयाम संग्राहक थे।

सतत तरंगें

प्रथम एएम संचार कनाडा के शोधकर्ता रेजिनाल्ड फेसेंडेन द्वारा 23 दिसंबर 1900 को कोब द्वीप, मैरीलैंड, यूएस में 1 मील (1.6 किमी) की दूरी पर विशेष रूप से डिज़ाइन किए गए उच्च आवृत्ति 10 kHz प्रेरण कुंडली के साथ स्पार्क गैप संचारण का उपयोग करके बनाया गया था। उनके पहले प्रेषित शब्द थे, हैलो. दो तीन चार। क्या आप जहां हैं वहां बर्फबारी हो रही है, मिस्टर थिएसेन? स्फुलिंग की पृष्ठभूमि के ऊपर शब्द स्पष्टता से समझ में आ रहे थे।

इस प्रकार से एएम रेडियो के विकास में फेसेंडेन महत्वपूर्ण व्यक्ति थे। वह उन पहले शोधकर्ताओं में से थे जिन्होंने उपरोक्त प्रयोगों से महसूस किया कि रेडियो तरंगों के उत्पादन के लिए वर्तमान तकनीक, स्पार्क संचारण, आयाम मॉडुलन के लिए उपयोग योग्य नहीं थी, और यह कि नवीन प्रकार का संचारण, जो ज्यावक्रीय निरंतर तरंगों का उत्पादन करता था, चाहिए था। यह उस समय कट्टरपंथी विचार था, क्योंकि विशेषज्ञों का मानना ​​​​था कि रेडियो आवृत्ति तरंगों का उत्पादन करने के लिए आवेगी स्फुलिंग आवश्यक थी, और फेसेंडेन का उपहास किया गया था। उन्होंने आविष्कार किया और पहले निरंतर तरंग संचारणों में से को विकसित करने में सहायता की - एलेक्जेंडरसन प्रत्यावर्तक, जिसके साथ उन्होंने क्रिसमस की पूर्व संध्या, 1906 पर प्रथम एएम सार्वजनिक मनोरंजन प्रसारण माना जाता है। उन्होंने उस सिद्धांत की भी खोज की जिस पर एएम आधारित है, संकरण, और 1902 में एएम को सुधारने और प्राप्त करने में सक्षम पहले संसूचकों में से एक, विद्युत् अपघटनी संसूचक या "तरल बैरेटर" का आविष्कार किया था। इस प्रकार से बेतार टेलीग्राफी के लिए आविष्कार किए गए अन्य रेडियो संसूचक, जैसे फ्लेमिंग वाल्व (1904) और क्रिस्टल संसूचक (1906) एएम संकेतों को सुधारने में भी सक्षम सिद्ध हुआ, इसलिए तकनीकी अवरोध एएम तरंगें उत्पन्न कर रही थी; उन्हें प्राप्त करना कोई समस्या नहीं थी।

प्रारंभिक प्रौद्योगिकियां

इस प्रकार से फेसेंडेन, वाल्डेमर पॉल्सेन, अर्नेस्ट ग्लोमेर, क्विरिनो मेजराना, चार्ल्स हेरोल्ड और ली डे फॉरेस्ट द्वारा संचालित एएम रेडियो प्रसारण में प्रारम्भिक प्रयोग, प्रवर्धन के लिए एक तकनीक की कमी के कारण बाधित हुए थे। प्रथम व्यावहारिक निरंतर तरंग एएम संचारण या तो विशाल, बहुमानित एलेक्जेंडरसन प्रत्यावर्तक पर आधारित था, जिसे 1906-1910 विकसित किया गया था, या 1903 में आविष्कार किए गए पॉल्सन आर्क संचारण (आर्क परिवर्तक) के संस्करणों पर आधारित था। एएम को प्रसारित करने के लिए आवश्यक संशोधन भारी थे और परिणामस्वरूप बहुत कम गुणवत्ता वाला ऑडियो प्राप्त हुआ। मॉडुलन सामान्यतः एंटीना या भूमिगत तार में सीधे डाले गए कार्बन माइक्रोफ़ोन द्वारा पूर्ण किया जाता था; इसके अलग-अलग प्रतिरोध ने वर्तमान को एंटीना में बदल दिया था। माइक्रोफ़ोन की सीमित सामर्थ्य हैंडलिंग क्षमता ने पहले रेडियोटेलीफ़ोन के सामर्थ्य को गंभीर रूप से सीमित कर दिया; कई माइक्रोफोन जलशीतित थे।

निर्वात नलिका

इस प्रकार से 1912 में ली डे फॉरेस्ट द्वारा 1906 में आविष्कृत ऑडियो नलिका की एम्पलीफाइंग क्षमता की खोज ने इन समस्याओं को हल किया। एडविन आर्मस्ट्रांग और अलेक्जेंडर मीस्नर द्वारा 1912 में आविष्कार किया गया निर्वात नलिका प्रतिक्रिया दोलक, निरंतर तरंगों का अल्पमानित स्रोत था और एएम संचारण बनाने के लिए सरलता से मॉडुलन हो सकता है। मॉडुलन को आउटपुट पर नहीं करना पड़ता था, परन्तु अंतिम प्रवर्धन नलिका से पहले संकेत पर लागू किया जा सकता था, इसलिए माइक्रोफ़ोन या अन्य ऑडियो स्रोत को उच्च-सामर्थ्य रेडियो संकेत को मॉड्यूलेट नहीं करना पड़ता था। युद्धकालीन अनुसंधान ने एएम मॉडुलन की कला को बहुत उन्नत किया, और युद्ध के बाद अल्पमानित नलिकाओं की उपलब्धता ने समाचार या संगीत के एएम प्रसारण के साथ प्रयोग करने वाले रेडियो स्टेशनों की संख्या में अत्यधिक वृद्धि की थी। 1920 के निकट एएम प्रसारण के उदय के लिए निर्वात नलिका उत्तरदायी थी, जो प्रथम इलेक्ट्रॉनिक जन संचार माध्यम था। द्वितीय विश्व युद्ध के बाद एफएम प्रसारण प्रारंभ होने तक रेडियो प्रसारण के लिए आयाम मॉडुलन वस्तुतः एकमात्र प्रकार था।

इस प्रकार से एएम रेडियो के प्रारंभ होने के साथ ही, एटी एंड टी जैसी टेलीफोन कंपनी एएम के लिए अन्य बड़े एप्लिकेशन विकसित कर रही थी: एक ही तार के माध्यम से कई टेलीफोन कॉलों को अलग-अलग वाहक संकेत आवृत्ति पर मॉड्यूलेट करके भेजना, जिसे आवृत्ति विभाजन बहुसंकेतन कहा जाता है।

एकल साइडबैंड

1915 में जॉन रेनशॉ कार्सन ने आयाम मॉडुलन का प्रथम गणितीय विश्लेषण किया, जिसमें दिखाया गया कि गैर-रेखीय उपकरण में संयुक्त संकेत और वाहक आवृत्ति वाहक आवृत्ति के दोनों ओर दो साइडबैंड बनाएगी, और अन्य गैर-रेखीय उपकरण के माध्यम से संग्राहक संकेत को पारित करने से मूल बेसबैंड संकेत है। उनके विश्लेषण से यह भी ज्ञात हुआ कि ऑडियो संकेत प्रसारित करने के लिए मात्र साइडबैंड आवश्यक था, और कार्सन ने 1 दिसंबर 1915 को एकल-साइडबैंड मॉडुलन (एसएसबी) का पेटेंट कराया था। इस प्रकार से आयाम मॉडुलन का यह अधिक उन्नत संस्करण एटी एंड टी द्वारा 7 जनवरी 1927 से दीर्घ तरंग अटलांटिक पार टेलीफोन सेवा के लिए अपनाया गया था। डब्ल्यूडब्ल्यू2 के बाद इसे सेना द्वारा विमान संचार के लिए विकसित किया गया था।

विश्लेषण

File:Illustration of Amplitude Modulation.png

आयाम मॉडुलन का चित्रण

इस प्रकार से आवृत्ति f_cऔर आयाम A की वाहक तरंग (ज्या तरंग) को

$c(t)=A\sin(2\pi f_{c}t)\,$

द्वारा व्यक्त किया जाता है।

संदेश संकेत, जैसे कि ऑडियो संकेत जो वाहक को मॉड्यूलेट करने के लिए उपयोग किया जाता है, m(t) है, और इसकी आवृत्ति f_m है, जो f_c: से बहुत कम है:

$m(t)=M\cos \left(2\pi f_{m}t+\phi \right)=Am\cos \left(2\pi f_{m}t+\phi \right)\,$,

जहां m आयाम संवेदनशीलता है, M मॉडुलन का आयाम है। यदि m < 1, (1 + m(t)/A) मॉडुलन के लिए सदैव धनात्मक है। यदि m> 1 तो अधिमॉडुलन होता है और प्रेषित संकेत से संदेश संकेत के पुनर्निर्माण से मूल संकेत की हानि होगी। इस प्रकार से आयाम मॉडुलन परिणाम जब वाहक c(t) को धनात्मक मात्रा (1 + m(t)/A) से गुणा किया जाता है:

$\begin{array}{rl}y(t)& =[\end{array}$